碳纤维复合材料压力容器的设计与制造

  碳纤维复合材料压力容器设计上一般采用网络理论,进行网络分析。网络理论认为由纤维连续缠绕而成的容器纤维分布均匀,同时受力,不计基体刚度,载荷全部由纤维承担。简身可以进行螺旋缠绕、螺旋缠绕加环向缠绕、螺旋缠绕加纵向铺放、纵向铺放加环向缠绕。封头的形状不能预先给定,必须通过计算决定,且网络微元必须以均衡型条件为前提,只能进行螺旋或平面缠绕,不能进行环向缠绕。通过网络分析获得缠绕纤维的缠绕方向、纤维厚度和纤维应力。

  碳纤维复合材料压力容器般采用纤维缠绕工艺方法制造,由连续纤维提供产品所需的强度和刚度。制造压力容器时一般采用延展性好的金属材料如铝、热塑性塑料或橡胶做内衬以满足容器的气密性能和疲劳性能要求。复合材料压力容器结构连接具有一定的独立性,不能像金属.材料焊接组合,简节连接常采用螺纹连接,这就使得容器制造必须有较高的精度,密封要求也高于普通密封。

  碳纤维复合材料在机械强度、质轻、耐腐蚀和制造方面都取得了很大进步,但是复合材料压力容器的发展仍处于初步阶段,还没有成套的理论分析,对复合材料压力容器的内部结构变化尚不能做明确分析。在拓展复合材料压力容器应用范围的同时,应加强复合材料压力容器的基础研究,特别是对带内衬或无内衬压力容器的受力状态进行精确分析。

  为了最大限度的发挥碳纤维复合材料在压力容器技术中的优势,需要不断完善应力分析理论方法和数值方法,从而可以使结构和制造工艺得到完善,另外还需要设计、制造、检验等相关标准和法规的建立和完善以及增加计算机辅助分析和设计的应用。随着科技的发展,复合材料压力容器将具有更大应用空间。